Voladuras en Tuneles Galerias Exsa

CENTRO TECNOLÓGICO DE VOLADURA EXSA CTVE

DISEÑO DE VOLADURA SUBTERRANEA

DISEÑO DE VOLADURA SUBTERRANEA

PERFORACIÓN La perforación es la primera operación en la preparación de una voladura. Su propósito es abrir en la roca huecos cilíndricos denominados taladros y están destinados a alojar al explosivo y sus accesorios iniciadores. El principio de la perforación se basa en el efecto mecánico de percusión y rotación, cuya acción de golpe y fricción producen el astillamiento y trituración de la roca.

CONDICIONES DE PERFORACIÓN Para conseguir una voladura eficiente la perforación es muy importante así como la selección del explosivo, este trabajo debe efectuarse con buen criterio y cuidado. La calidad de los taladros que se perforan están determinados por cuatro condiciones: diámetro, longitud, rectitud y estabilidad.

VOLADURAS EN RAMPAS Y DESARROLLOS MINEROS Son voladuras con una sola cara libre y que requieren la creación de una segunda cara libre, esta es lograda mediante la apertura del arranque (Corte), luego se transforma en una voladuras de banco anular.

DISEÑO DE VOLADURAS SUBTERRÁNEAS 

Las operaciones de voladura subterránea difieren de la superficie ya que carecen de la cara adicional de alivio que es normal en muchas de las operaciones de superficie.



En operaciones subterráneas , tenemos sólo una cara en la cuál debemos perforar y ser capaces de crear  alivio perpendicular a esa cara utilizando los primeros taladros que detonan. Si no se crea el alivio apropiado cuando detonan los primeros taladros, el resto de la voladura provocará muy poca fragmentación y se soplará.

DISEÑO DE VOLADURAS SUBTERRÁNEAS 

Una diferencia adicional en las operaciones subterráneas es el hecho de que los parámetros de voladura deben adecuarse a un contorno específico.



Esto puede resultar totalmente diferente a las voladuras masivas o a las operaciones mineras en la superficie donde el tamaño exacto de cada voladura no es, normalmente, crítico.

GENERALIDADES Condiciones básicas para voladuras en frentes: • Cara libre o Alivio (relief). • Trazo de perforación y alineamiento de los

taladros (alignment). • Carga explosiva (charge). • Secuencia de salidas (timming).

DESARROLLO DEL BANCO ANULAR 3 2

4

1

5

3 2

4

1

5

1

2

3

4

5

NOMENCLATURA DE TÚNEL CONTORNO NÚCLEO

c b

TÚNEL SIMPLE

a

CORTE O ARRANQUE

c

c

b b a

a B

BANCO

PISO DEL TÚNEL (CRESTA DEL BANCO)

B

TÚNEL EN DOS ETAPAS

CICLO BÁSICO DE EXCAVACIÓN El ciclo básico de una excavación comprende la perforación y voladura y la secuencia es la siguientes: • Perforación de taladros. • Cebado y carga de explosivo. • Amarre del sistema de iniciación. • Disparo. • Evacuación de humos, ventilación, desatado, control de estabilidad para la evaluación del material volado. • Evacuación del material volado.



Las voladuras en túneles son diferentes a las voladuras en bancos debido a que se hacen hacia superficie libre mientras que las voladuras en banco se hacen hacia dos o más caras libres.



En las voladuras de bancos hay gran cantidad de alivio natural dentro de la plantilla el cual resulta de las caras libres adicionales.

En los túneles, sin embargo, la roca está más confinada y una segunda cara libre debe ser creada paralela al eje de los taladros.  La segunda cara libre se produce por un corte en la frente del túnel que puede ser ya sea un taladro perforado paralelamente, un corte en V o un corte en abanico. 



Después de que se hace el corte, los taladros auxiliares se pueden comparar en algunos aspectos los utilizados en voladuras de bancos.



En general, las voladuras de túneles son de alguna manera sobrecargadas para producir una fragmentación más fina ya que los efectos desastrosos del sobrecargado de los taladros son disminuidos por el confinamiento dado en el túnel.



Como resultado del confinamiento adicional y la falta de caras libres desarrolladas, el tiempo entre retardos debe ser mayor que los de las voladuras de superficie para permitir el movimiento de la roca y la formación de la cara libre adicional antes de que disparen los taladros subsecuentes.



Como resultado del confinamiento adicional y la falta de caras libres desarrolladas, el tiempo entre retardos debe ser mayor que los de las voladuras de superficie para permitir el movimiento de la roca y la formación de la cara libre adicional antes de que disparen los taladros subsecuentes.



En las voladuras de túneles, se utilizan generalmente periodos de retardo largos. Si se utilizan retardos de milisegundos, se omiten periodos de retardo para permitir  de 75 a 150 milisegundos (como mínimo) entre disparos de taladros. Este incremento en el tiempo de retardo es esencial para permitir que las voladuras de túneles funcionen apropiadamente.

PARTES DEL FRENTE Para efectos de voladura el frente de pequeña a mediana envergadura se divide en tres áreas: 1. Corte o arranque. 2. Núcleo o destroza. 3. Corona o contorno. Secuencia de rotura que sigue el disparo: Corte

Núcleo Contorno



La figura provee una descripción visual de algunos de los tipos de taladros que deben ser considerados. Los taladros pueden ser divididos en las siguientes categorías:

1. Taladros de Piso (arrastres). 2. Taladros Cuadradores (flancos). 3. Taladros de Contorno (alzas al techo). 4. Taladros Auxiliares (horizontales). 5. Taladros Auxiliares (verticales). 6. Taladros de Corte o Arranque.

1. Taladros de Piso (arrastres) 2. Taladros Cuadradores (flancos) 3. Taladros de Contorno (alzas al techo) 4. Taladros Auxiliares (horizontales) 5. Taladros Auxiliares (verticales) 6. Taladros de Corte o Arranque

3

3 5

2

4 1

5

6

2

4 1

CORTES O ARRANQUES El principio de la voladura en frentes reside en crear una cavidad inicial, denominada corte, cuele o arranque, esta cavidad sirve para crear una segunda cara libre de gran superficie que facilitara la rotura del resto de la sección. Los taladros del núcleo y de la periferie trabajan rompiendo la roca con dirección hacia dicha cavidad.

CORTES O ARRANQUES La función del arranque es formar la primera cavidad en el frente cerrado de una rampa, creando así una segunda cara libre para la salida de los demás taladros, transformandose en un “banco anular”. El arranque requiere en promedio 1.3 veces mas de carga por taladro para desplazar el material triturado.

Los taladros del perímetro del túnel deben tener un ángulo hacia fuera de manera que se evite que la sección del túnel cambie a medida que se avanza en la perforación. Este ángulo recibe el nombre de ángulo de ajuste. Los ángulos de ajuste comúnmente se definen como 0.1 m + L x TAN 2°.  Los burden para todas las voladuras de túneles se calculan y miden al fondo de los taladros. El ángulo de ajuste debe ser tomado en cuenta cuando se determinan los burden reales al fondo de los taladros. 

Los taladros del perímetro en la zona de las cajas y el techo se perforan comúnmente con espaciamientos cercanos y cargas ligeras.  También pueden detonarse como voladura de recorte para proveer un contorno que requiera poco esfuerzo (cargas desacopladas). La siguiente figura muestra la extensión de las zonas de daño si se utilizan voladuras de recorte o si se utilizan métodos de voladura de producción en los perímetros. 

ZONA DE DAÑO CON VOLADURA DE RECORTE

ZONA DE DAÑO SIN VOLADURA DE RECORTE

MÉTODOS DE CORTE Los tipos de trazos de perforación para formar una nueva cara libre ó cavidad de corte, son dos: 1. Cortes con taladros en paralelo.

2. Cortes con taladros en ángulo o cortes en diagonal.

CORTE EN PARALELO Los taladros son perforados paralelamente y los Jumbos son los equipos mas adecuados por que cuentan con brazos articulados en forma de pantógrafo que facilitan el alineamiento y dan precisión en la ubicación de los taladros en el frente de voladura.

TIPOS DE CORTES PARALELOS EN GENERAL Los tipos de cortes usando taladros paralelos: • Corte quemado (=Ø). • Corte cilíndrico con taladros de alivio. ( ≠ Ø) • Corte escalonado por tajadas horizontales (=Ø).

Presenta diferentes variantes de acuerdo a la roca y la experiencia lograda.

CORTE QUEMADO El término “corte quemado”  se origina de un tipo de voladura donde los taladros son perforados paralelos uno al otro. Uno o más taladros vacíos y los demás llenos (todos del mismo diámetro). 

Toda una variedad de nombres se aplicaron para estos cortes en paralelo, cuando los taladros de arranque y alivios son del mismo diámetro se denomina corte quemado.

CORTE QUEMADO

A

A

A´

A´

EJEMPLOS DE CORTE QUEMADO

a

b

c

d

CORTE CILINDRICO  Al

utilizar taladros vacíos va cíos de diametro mayor que los cargados, se provee alivio adicional en la plantilla o malla y se reduce la cant ca ntid ida ad de ta tala lad dro ross pe perf rfor orad ado os nec ece esa sari rios os.. Lo Loss ta tala ladr dros os grandes y vacíos también permiten un avance adicional por  voladura.



Cuando se combina taladros de arranque de menor diámetro con taladros de alivio de mayor diámetro se denomina corte paralelo.

AVANCE POR VOLADURA  Y LOS DIÁMETROS DE LOS TALADROS VACÍOS

Corte cilindrico

a

b

c

Los taladros del corte pueden ser ubicados en cualquier lugar  en la cara del túnel. Sin embargo, la posición del corte o arranque arran que influenciará influenciará sobre la proyec proyección ción de lanzam lanzamiento iento del material arrancado.  Si los taladros de corte se colocan cerca de la pared, la plantilla requerirá menos taladros pero la roca fragmentada no será desplazada tan lejos dentro del túnel.  El corte se alterna del lado derecho al izquierdo del túnel para asegurar que no se perforarán las cañas



OTROS CORTES CILINDRICOS 3

2

12 1

10

4

a

5

d. Corte en espiral 2

3

3 8

1

6

1,8 m

5

0,77 m 0, 0, 0,99 m

2 6

4

1

5

b

1,3 m 11

c

7

4

9

f. Corte en Doble Espiral e. Corte Coromant

TRAZOS DE ARRANQUE PARA TÚNELES

LEYENDA TALADRO CARGADO TALADRO DE ALIVIO

TRAZOS DE ARRANQUE PARA TÚNELES II

LEYENDA TALADRO CARGADO TALADRO DE ALIVIO



Para poder obtener un buen movimiento hacia delante de la pila del material, el arranque puede ser colocado en la mitad del frontón. Ubicándolo hacia la parte inferior, el lanzamiento será minimizado. Si se requiere de mayor  lanzamiento, los taladros de arranque pueden colocarse más alto, en el centro del frontón como se muestra.

DISEÑO DE LOS TALADROS DE CORTE 

Los burden de los taladros cargados se seleccionan de tal manera, que el volumen de roca quebrada por  cualquier taladro no pueda ser mayor al que pueda ocupar el espacio vacío creado, ya sea por el taladro de mayor diámetro o por los taladros subsecuentes que detonen.



En este cálculo se debe considerar también el hecho de cuando la estructura de la roca se rompe entre los taladros, ésta ocupará un volumen mayor al que tenía en su estado original.



En otras palabras, se debe considerar  el factor de esponjamiento.



Si los taladros de arranque rompen un volumen mayor  del que puede caber dentro del cráter creado previamente, el corte se  “congela”  lo que significa que se bloquea por la roca que no puede ser expulsada.



Si esto ocurre, el alivio paralelo al eje de los taladros se pierde y los taladros no podrán romper adecuadamente. De hecho, éstos empezarán a soplarse fisurando la roca adyacente pero sin permitir que se produzca la fragmentación en la última etapa. Por tanto, en el corte mismo, las distancias deben ser diseñadas y perforadas con precisión.



El tiempo de retardo debe ser suficientemente lento para permitir que la roca empiece a ser expulsada del frente antes de que se disparen los taladros subsecuentes.

CÁLCULOS PARA LAS DIMENSIONES DEL CORTE QUEMADO TALADRO (S) VACÍO (S) (DH)  Un diseño típico de un corte paralelo se da en la figura mostrada. El diámetro del taladro vacío de alivio se designa como dH. Si se utiliza más de un taladro vacío, se debe calcular el diámetro equivalente DH de un solo taladro vacío el cual contenga el volumen de todos los taladros vacíos. Esto se puede hacer utilizando la siguiente ecuación:

D H  = dH donde: DH

=

Diámetro equivalente de un solo taladro vacío

(mm)

dH

=

Diámetro de los taladros vacíos

(mm)

N

=

Número de taladros vacíos

Criterios de acción: Arranque:

Soplar y formar la cavidad inicial.

Núcleo:

Triturar y extraer el máximo material.

Contorno:

Despegar y formar el límite de la voladura.

ARRANQUE PARA FRENTE

DISTANCIA ESTIMADA DEL ALIVIO AL PRIMER TALADRO DE ARRANQUE

B

B = 1,5 a 1,7 Donde

es el diámetro mayor 

CÁ LCULO DE B 1 PAR A E L CUADR O 1 El primer cuadrado de taladros de arranque se localiza a una distancia B1 del centro.

B 1 = 1.5D H 

TAMAÑO DE EL CORTE

La distancia o radio desde el centro exacto del corte se llamará R.

R1 = B1

TAMAÑO DE EL CORTE

El valor de Sc denota el tamaño del corte o la distancia entre taladros dentro del cuadro.

 S c1 = B 1√2 

TAMAÑO DE EL CORTE

ESQUEMA GEOMÉTRICO GENERAL DE UN CORTE DE CUATRO SECCIONES CON TALADROS PARALELOS B4

D1

B3

B1

D2

B3 B2

SECCION DEL CORTE VALOR DEL BURDEN LADO DE LA SECCION PRIMERA SEGUNDA TERCERA CUARTA

B1 = 1,5 * D1 B2 = B1 * 2 B3= 1,5 * B2 * 2 B4 = 1,5 * B3 * 2

B1 * 2 1,5 * B2 * 2 1,5 * B3 * 2 1 5 * B4* 2

PR OFUNDIDAD DE L TALA DR O (H) La profundidad de los taladros, los cuales romperán hasta un 95% o más de su profundidad total, puede ser determinada con la siguiente ecuación:

H = (D H + 16.51 ) / 41.67 donde: H

=

Profundidad

(m)

DH

=

Diámetro del taladros

(mm)

PR OFUNDIDAD DE AVANCE (L) (E S PE R ADA)

L = 0.95 H 

TALA DR O S AU AUX XILI ILIAR AR E S O DE PR O DU DUCC CC IÓ IÓN  N 

B = 0.012( 2 S G e / S G r  + 1.5) D e  S = 1.1B T = 0.5B donde: S

=

Espaciamiento

B

=

Burden

(m)

T

=

Taco

(m)

TALADROS DE AR R AS TR E A L PI PISO SO

B = 0.012( 2 S G e / S G r  + 1.5) D e  S = 1.1B T = 0.2B

TALA DR O S DE CON CONTTO R NO (CU (CUADR ADR ADOR E S Y ALZAS ALZAS ) Comúnmente detonados con voladura de recorte con taladros de 0.45 m a 0.6 m entre centros, de otra manera:

B = 0.0 0.012 12(( 2 S G e / S G r + 1.5 1.5)) De De  S = 1. 1.1B 1B T =B T IE MPO DE D E R E TAR DO DE LOS TA LADR OS Los taladros de corte se disparan con por lo menos 50 ms en entr tre e pe peri riod odos os.. Lo Loss ta tala ladr dros os au auxi xililiar ares es se retardan con por lo menos 100 ms o con retardos LD. Los ta tala lad dro ross de dell co con nto torn rno o (c (co on vo vola ladu dura ra de reco re cort rte) e) se dis ispa para ran n co con n el mi mism smo o re rettard rdo. o. Los taladros de piso detonan al último.

CÁLCULOS COLA COLATERALES TERALES AL ARRANQUE NÚMERO DE TALADROS PARA EL FRONTÓN: Fórmula empírica:

Nt =

 S

donde:

Ø=39 mm.

S

= área de la sección del frontón, m2

Ej: para un túnel de 3.0 m de ancho x 4.5 m de altura

N t = 10√S = 10√13.5 =36.7 = 37 taladros Fórmula práctica: Ø=39 mm.

donde: = número de taladros P = perímetro de la sección en m = 4 E

S

= distancia entre los taladros de la sección por m2

E = distancia entre los taladros de la sección por m2 0.40-0.55 para roca dura, tenaz 0.60-0.65 para roca intermedia, semi dura 0.70-0.75 para roca blanda, frágil K = dimensión de la sección en m2  – coeficientes: 2.0-2.5 para roca dura 1.5-1.7 para roca intermedia, semi dura 1.0-1.2 para roca blanda Ejemplo: para la misma dimensión de 3.0 m x 4.5 m S = área de la sección = A x H( π + 8) / 12

S = 3.0 x 4.5 (3.14 + 8)/12 = 12.4 Nt = P/E + K x S Nt = (4 13.5)/0.6 + 1.5 x 12.4 =

24.5 + 18.6 = 43 taladros

FÓRMULAS PRÁCTICAS PARA CARGA ESPLOSIVA: en Kg/m = Ø2 x Pe (exp) x 0.0007854 (Ø en mm) Kg/m = Ø2 x Pe (exp) x 0.577 (Ø en pulgadas) También: Cálculo de carga para pequeño diámetro Ct = 0.34 x Ø2 x Pe (exp) en lb/pie Nota: para el ANFO

- densidad de carga a granel 0.80-0.85.

 Y EXAMON

- densidad de carga con aire comprimido 0.90-1.0.

LONGITUD DEL TALADRO 

Se determina por la dimensión de la sección y al método de arranque, usualmente se consideran:

Para corte cilíndrico o paralelo Para corte en cuña

L = 0 . 5√S L = √S / 2 , o menos

Notas importantes: • La única superficie libre en voladura de

túneles, piques o chimeneas viene a ser  el frente de ataque. Considerar que la rotura de la roca se realiza en condiciones de gran confinamiento. • Cuanto más pequeña sea la sección del

frente a disparar, se requerirá mayor   carga especifica de explosivo por metro cúbico a romper . • El burden y espaciamiento son cortos,

especialmente en el área del arranque.

DENOMINACIÓN DE LOS TALADROS Los taladros se distribuirán alrededor del arranque desde el área central de la voladura, siendo su denominación la siguiente: ALZAS ALZAS DE ROTURA

AYUDAS DE ARRANQUE

 C   U A D R A D  O R E   S 

DE ROTURA

CUADRADOR       E       T       N       E       R       F

AYUDAS ARRANQUE ALIVIO ARRANQUE AYUDAS

ARRANQUE ARRASTRE ARRASTRES

AVANCE

DISTANCIA ENTRE TALADROS Normalmente varían: arranque de 15 a 30 cm , ayudas de 60 a 90 cm y en los cuadradores de 50 a 70 cm. Como regla práctica se estima una distancia de 2 pies (60 cm) por cada pulgada del diámetro de la broca. Los taladros periféricos (alzas y cuadradores) se deben perforar a unos 20 a 30 cm del límite de las paredes del túnel, para facilitar la perforación y para evitar la sobre rotura, en voladura normal.

CONDICIONES FUNDAMENTALES DE LOS TALADROS A. Diámetro. B. Longitud. C. Rectitud. D. Estabilidad.

En los taladros paralelos, es necesario perforar  los del techo y piso con cierto ángulo. Si estos ángulos se exageran los resultados serán negativos por sobrerotura.

Recomendaciones: Siempre perfore los taladros según un esquema estimado. Un taladro demasiado profundo deteriora la roca y uno demasiado corto deja que parte de la roca no se fracture. Así, las condiciones desmejoran para la siguiente ronda disminuyendo el avance por disparo como resultado final.

Recomendaciones: 5. Calcule siempre las cargas en relación con el máximo burden y con cierto margen de seguridad. 6. Seleccione el tiempo de retardo de manera que se obtenga suficiente tiempo para que la roca se desplace. Los dos primeros taladros son los más importantes. 7. Factores a considerar para conseguir   óptimo resultado cuando se emplean cortes paralelos.

RECOMENDACIONES PARA FRENTES •Control

del

punto

de

dirección

gradiente. •Delimitación del contorno de la labor. •Pintando la malla de Perforación. •Control del paralelismo de los taladros. •Longitud uniforme de la perforación. •Uso de brocas rimadoras. •Secuencia de perforación en el arranque:

- Primero los taladros de alivio - Después los taladros del arranque.

y

EJEMPLO Un túnel rectangular con una sección de 8 metros de altura y 10 metros de ancho va a ser excavado con el método de corte paralelo (cilíndrico con taladro grande). El corte será cercano a la parte central del túnel. El taladro central vacío será de 102 mm y los taladros cargados serán de 28 mm de diámetro. Todos los taladros del corte serán cargados con emulsión de 1.2 g/cm3. Se tienen disponibles cartuchos de emulsión de 25, 29 y 32 mm de diámetro. Se utilizará explosivo de precorte en los cuadradores y el techo, el espaciamiento de los taladros de recorte será de 0.6 m. La roca es un granito con una densidad de 2.8 g/cm 3. El taladro de 102 mm se escogió para permitir un avance de por lo menos 95% en una profundidad de perforación de 3.8 m. Diseño de la voladura.

CÁLCULO DE PARÁMETROS INDIVIDUALES: Llenando la tabla utilizando las fórmulas:

1. PROFUNDIDAD (H), dada como 3.8 m. 2. AVANCE (L), dado como 0.95 x 3.8 m = 3.61 m.

L =

3.61 = 1.9

3. CÁLCULO DEL BURDEN: B = 0.012( 2 S G e / S G r  + 1.5) D e

B 25 = 0.012( 2X1.2 / 2.8 + 1.5) 25 = 0.71 m B 29 = 0.012( 2X1.2 / 2.8 + 1.5) 29 = 0.82 m B 38 = 0.012( 2X1.2 / 2.8 + 1.5) 38 = 1.07 m 4. TALADROS AUXILIARES: B 38 = 0.012( 2X1.2 / 2.8 + 1.5) 38 = 1.07 m  S = 1.183 1.2 m T = 0.215

5. TALADROS DE PISO El mismo burden y espaciamiento de los taladros auxiliares.

T = 0.215 m 6. CONTORNO (TALADROS DE RECORTE) Utilizamos espaciamiento de 0.6m.

dec = 10( S / 177) 2 = 10( 600 / 177 ) 2 = 115 g /m B = 1.3 x 0.6 = 0.78 0.8 m

MONTAJE DEL PLAN 1. TALADROS DE PISO

10 / 1.2 = 8.33

NOTA: Debe aproximarse a números enteros.

 S i 10 / 8 = 1.25 m = S ó 10 / 9 = 1.11 m = S

utilice 9 espacios o 10 taladros

2. ÁNGULO DE AJUSTE:

0.1 + H (tan2º) = 0.1 + 3.8 (tan2º) = 0.23 m

3. TALADROS: De piso =

10

Voladura controlada=

26

 Auxiliares

=

46

Cuadradores

=

15

Corte

=

16

Techo

=

41

68

CORTE EN V 

El arranque comúnmente utilizado en trabajos subterráneas con taladros perforados en ángulo es el corte en V. El corte en V difiere del corte quemado en que se perforan menos taladros y se logra un avance menor por   voladura. El avance por  voladura también está limitado por el ancho del túnel. En general, el avance por voladura se incrementa con el ancho del túnel.

CORTE EN V 

El ángulo de la V no debe ser agudo y no debe ser  menor a 60°.



Los ángulos más agudos requieren cargas con más energía para la distancia de burden utilizada. Un corte consiste, normalmente, de dos V´s, pero en voladuras más profundas, un corte puede consistir de hasta cuatro.



Cada cuña en V debe ser disparada en el mismo periodo de retardo usando detonadores de milisegundos para garantizar la tolerancia mínima entre cada pierna de la V al momento del disparo. El tiempo de retardo entre V´s adyacentes debe ser de por lo menos 75 milisegundos (mínimo). La distribución básica de las V´s se muestra en la figura.



El corte en V básico muestra dos burden, el burden al fondo de los taladros y el burden entre las V´s que es equivalente a dos veces un burden normal si se utiliza un ángulo de 60° en el vértice de la V.



En algunos casos, se perfora un taladro adicional perpendicular al frontón siguiendo la línea de B1, el cual se denomina  “taladro rompedor”.



Este se usa si la fragmentación obtenida con el corte en V es demasiado grande.



La siguiente figura indica la dimensión necesaria para perforar un corte en V adecuado. Las dimensiones especificas necesarias para cada taladro son tres:

1) La distancia a la cual se coloca la boca del taladro a partir del centro de la frente, 2) El ángulo con el que penetra el taladro dentro del manto rocoso y 3) La longitud de cada taladro en particular.



Para poder obtener las dimensiones apropiadas, discutiremos los cálculos para el diseño de un corte en V.

DISEÑO DE UN CORTE EN V 1. DETERMINACIÓN DEL BURDEN 

El burden siempre se mide al fondo del taladro y se coloca como se muestra en la figura. Se comprende que este no es el burden real exacto y que los taladros con ángulos mayores (aquellos que se aproximan a la V) tienen un burden real menor. Esto sin embargo, se hace para simplificar el diseño. Cuando se consideran los errores de perforación y otros factores, la reducción del burden real es de hecho beneficiosa.



El burden se puede determinar usando la misma ecuación que se indicó con anterioridad.

B = 0.012( 2 S G e / S G r  + 1.5) D e



La distancia entre las V´s se muestra en la figura como B1 y se calcula de la siguiente manera:

B1 = 2B donde: B

=

Burden

(m)

B1

=

Burden

(m)

2. ESPACIAMIENTO ENTRE TALADROS (VERTICALMENTE) 

El espaciamiento vertical entre V´s es:

 S = 1.2B donde: S

=

Espaciamiento

(m)

B

=

Burden

(m)

3. ÁNGULO DE LA V  El ángulo normal del vértice de la V es de aproximadamente 60°. Se han utilizado ángulos de menos de 60º en túneles pequeños y estrechos, sin embargo, la densidad de carga de explosivo en cada taladro se debe incrementar. 4. PROFUNDIDAD DEL CORTE O AVANCE (L)  En general, la profundidad del corte variará de 2B a un máximo del 50% del ancho del túnel. Los taladros normalmente no romperán hasta el fondo y se puede asegurar un avance de entre 90 al 95% de la profundidad total de los taladros.

5. LONGITUD DE TACO 

Los taladros se cargan normalmente hasta un 0.3B 0.5B de la boca dependiendo de la resistencia de los materiales a ser volados. Los taladros deben ser  taponado con un taco adecuado para mejorar el rendimiento.



Se utiliza el mismo procedimiento que en el diseño de un corte quemado para los taladros de arrastre, los auxiliares de producción y los de contorno, porque son paralelos. Al igual que el ángulo de ajuste.

6. CARGA DE LOS TALADROS 

Es importante que los cebos iniciadores se coloquen en el fondo de los taladros. La densidad de carga se puede reducir cerca de la boca del taladro cuando se utilizan explosivos encartuchados, en lugar de ANFO cargado neumáticamente. Las reducciones en la densidad de carga pueden comenzar después de que 1/3 del taladro ha sido cargado con la cantidad calculada para obtener burden apropiado.

7. TIEMPO DE SALIDAS DEL DISPARO 

El tiempo de disparo en un corte en V debe ser por lo menos de 50 ms entre cada V, cuando estas disparan una detrás de la otra.



El tiempo de disparo debe diseñarse de tal manera que permita que la roca comience a moverse antes de que disparen los taladros subsecuentes. Es por esta razón que los retardos mínimos deben de ser de 75 a 100 ms.

CORTE EN ABANICO 

Los cortes en abanico son similares en su diseño y método de operación a los cortes en V. Ambos deben crear el alivio al mismo tiempo que los taladros detonan hacia la cara libre. No existe alivio adicional creado por taladros vacíos como en el caso de los cortes quemados.



Un corte en abanico clásico se muestra en la figura. Las dimensiones se determinan utilizando los mismos métodos y formulas de el corte en V.

MÉTODO DE TÚNEL Y BANCO 

El método de túnel y banco es una combinación de voladura subterránea de túnel y una voladura de banco a cielo abierto para excavaciones de grandes dimensiones.



La sección del túnel se excava por   delante del banco para mantener un piso de trabajo. Cualquiera de los cortes y trazo de voladuras de túnel se pueden utilizar para excavar la sección superior.

ERRORES PERFORACIÓN • HUECO DE ALIVIO DE DIÁMETRO MUY PEQUEÑO

• DESVIACIONES EN EL PARALELISMO

AVANCE

ERRORES PERFORACIÓN • ESPACIAMIENTOS IRREGULARES ENTRE TALADROS

• IRREGULAR LONGITUD DE LOS TALADROS

AVANCE

EVALUACIÓN DEL DISPARO: DE S PLA ZA MIE NTO DE LA R OCA 

El desplazamiento del material toma más tiempo que la rotura y fragmentación. Está en función directa con la energía de los gases en explosión, aunque los gases se hayan ya expandido a determinada extensión del espacio circundante.



En teoría el desplazamiento del centro de gravedad es:

L = 1 /3

(2 ( (100+α)/100 ) B x H / tgψ) - B / 2

donde α %   es el incremento en volumen y el material disparado se ha posado a un ángulo de ψ.





En la práctica, todo lo que se requiere del explosivo es que desplace a la roca unos metros por segundo y por  consiguiente ésta fase demora aproximadamente un segundo.

El movimiento puede sin embargo demorar más tiempo, pero eso es un efecto de la gravedad y no del explosivo (a no ser que el disparo sea intencionalmente sobrecargado para incrementar la proyección del material arrancado, cosa que se aplica por ejemplo en la voladura de desbroce (CAST BLASTING). para desencapar mantos de carbón en open  pits , proyectando el material mas allá del pie banco. Consideraciones similares se aplican a los disparos de frontones y tajeos subterráneos.

 Aplicada

 S elección de explos ivo: 

La mejor forma de comparar explosivo es midiendo en capacidad de fragmentación para cada tipo de roca bajo distintos métodos de carga y voladura, lo que es muy lento y tiene un costo prohibitivo.



En la práctica se utilizan correlaciones empíricas de ciertos parámetros de los explosivos como la relación de potencia en peso, propuesta por Langefors.

 S = 5 x Q  / 6 x Q 0 + 1 x V  / 6 x V 0 donde Q = calor desarrollado V = volumen de gases generados por 1 Kg de explosivo 

El subíndice 0   representa las características de un explosivo patrón o de referencia (generalmente ANFO o gelatina amoniacal 60%)

E FICIENCIA DE L EXPLOS IVO 

Término de rendimiento de los explosivos para la creación de una red de fracturas.

E TP = (0.36 + ρe)(VOD 2 /(1 + VOD 2 / V R 2  – D  / V R ) (1/R) (EM / ET) ρe donde ETP = Término de rendimiento o eficiencia del explosivo = densidad del explosivo (g/cm2) ρe VR = velocidad del sonido en la roca (Km/seg) VOD = velocidad de detonación (Km/seg) R = radio de desacoplamiento = volumen del taladro/volumen del explosivo E = máximo trabajo de expansión del explosivo calculado en Kcal/g donde: EM = valor no idea ET = teórico (Ref. Blasting Analisis International BAI)

VE LOCIDA D S ÓNICA DE LA R OCA (frecuencia s ís mica) 

La velocidad sónica de la roca es una función del modulo de Young (una medición de la elasticidad del material), radio de Poisson (una medida de la fragilidad del material) y densidad (medida de la masa por unidad de volumen)

V P =

(E (1 + r )/ Q (1  – 2r )(1 + r ))

donde: VP

= velocidad sónica de la roca

E

= módulo de Young

Q

= densidad de la roca

r

= radio de Poisson



El ETP (Explosive Perfomance Term) indica que la fragmentación no es controlada por una simple propiedad como es la energía, pero si por una combinación de energía del explosivo, velocidad de detonación, densidad, grado de desacoplamiento entre el explosivo y la pared de taladro, volumen del explosivo a volumen de taladro, velocidad de la onda sónica (onda sísmica) y la geometría del disparo.

CARGA DE EXPLOSIVO DE BAJA SENSIBILIDAD RANGO DE INICIACIÓN Punto de inicio de la detonación autosostenida

Punto de inicio de la detonación Iniciación de ANFO con detonador  simple solo. (No deseable). Iniciación de ANFO con detonador  reforzado o mini primer. (Poco efectivo). Iniciación de ANFO con cebo de menor diámetro que el del taladro. (Adecuado). Iniciación de ANFO con cebo de igual diámetro que el del taladro.

CARGA: EXPLOSIVOS PEQUEÑO DIÁMETRO.

DE

BAJA

SENSIBILIDAD

EN

• CARGA Y CEBO ADECUADOS TACO

CARGA

CEBO DETONADOR

ACOPLADA (ATACADA)

RESULTADO: DETONACIÓN COMPLETA ARRANQUE ÓPTIMO

RETENCIÓN

VELOCIDAD DE REGIMEN INMEDIATA

ELEVADA PRESIÓN DE TRABAJO

CARGA: EXPLOSIVOS PEQUEÑO DIÁMETRO.

DE

BAJA

SENSIBILIDAD

• CARGA Y CEBO INADECUADOS

(1) CARGA EXCESIVA (2) CARGA MUY CORTA, DESACOPLADA O SUELTA

RESULTADO: DEFLAGRACIÓN ARRANQUE DÉBIL (1)

SOPLADO Y CRATERIZACIÓN

VELOCIDAD DE REGIMEN TRANSICIONAL

BAJA PRESIÓN DE TRABAJO

EN

CARGA: EXPLOSIVOS PEQUEÑO DIÁMETRO.

DE

BAJA

SENSIBILIDAD

CARGA Y CEBO INADECUADOS

(2) SOPLO Y ANILLADO

CARGA MUY CORTA

BAJA PRESIÓN DE TRABAJO

EFECTO CANAL (GASES ACELERADOS) (3) EXPLOSIVO QUE NO DETONA TIRO FALLADO, TOTAL O PARCIALMENTE

EN

EJEMPLOS DE CORTE QUEMADO

a

b

c

d

EJEMPLOS PARA LIMITAR EL EFECTO DE SIMPATÍA ENTRE LOS TALADROS

a

b

c